面向车载激光雷达光源应用的窄脉冲驱动技术

随着目前车载激光雷达技术发展日渐成熟,为了提高探测精度及探测距离,对激光光源的窄脉冲、高峰值光功率指标要求也随之提高。提出了一种针对激光光源的窄脉冲驱动技术,包括理论分析、参数仿真、试验验证。具体从电路原理进行参数分析,并通过理论建模进行不同参数下的仿真,从仿真结果确定各元器件参数及选型,经过多轮试验验证并优化电路布线及布局,最终实现了窄脉冲驱动。经过装机验证,该窄脉冲驱动技术可以驱动激光光源实现窄脉冲(3ns)、高峰值光功率(80W)光电指标,整机装机应用后,可以提高整机的探测精度及探测距离。     

百纳秒脉宽单频大能量1064 nm激光器

报道了基于光纤-固体混合放大的百纳秒脉冲宽度单频大能量1064 nm激光光源的研究工作。采用1064 nm分布反馈(DFB)半导体激光器作为单频连续种子光光源,采用声光调制器将种子光整形为脉冲宽度约为149.0 ns的洛伦兹波形脉冲光,重复频率为60 Hz,经过级联的全保偏光纤放大器放大后,获得单脉冲能量约为2.1μJ、脉冲宽度约为216.7 ns的脉冲光输出。固体放大部分采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YVO₄晶体作为高增益的前放大器进行双程放大,采用LD单侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为预放大器进行双程放大,采用两级LD双侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为功率放大器,最终获得了单脉冲能量为151.4 mJ、脉冲宽度约为267.8 ns的激光输出。采用光学外差法对输出脉冲激光的线宽进行了测试,线宽约为14.2 MHz。研究结果为星载相干测风激光雷达采用1.06μm的激光光源提供了新的技术路线。     

2kHz毫焦耳级532nm激光雷达紧凑型激光光源的研制

绿光激光雷达是探测大气气溶胶的有效工具。作为光源的激光器对激光雷达有决定性的影响,激光器性能的改善将显著提高激光雷达的探测能力。依据微脉冲激光雷达光源的要求,研制了一台高光束质量、高重复频率、高脉冲能量的紧凑型激光二极管(LD)端面抽运声光调Q毫焦耳级532nm绿光激光器。在2kHz的重复频率下,获得了脉冲能量为0.9mJ、脉宽为22ns的绿光输出,光束M2因子小于1.76、能量不稳定度为±2%。该激光器有助于提高微脉冲激光雷达的探测距离、探测速度和探测精度。     

980 nm高峰值功率微型化VCSEL脉冲激光光源

报道了输出波长980 nm的高峰值功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其微型化脉冲激光光源.通过优化VCSEL单元器件的结构,有效抑制了宽面VCSEL结构中的非均匀电流分布,提高了单元器件的斜率效率,获得了直径400μm,峰值输出功率62 W的VCSEL单元器件;在此基础上,研制出由单元器件组合封装而成的VCSEL"准列阵"子模块以及集成驱动电路的微型化VCSEL脉冲激光光源,该光源在脉冲驱动条件为30 ns、2 k Hz、105 A条件下的峰值输出功率达到226 W,光脉冲宽度35 ns,中心波长979.4nm,斜率效率达到2.15 W/A.     

对激光雷达特定的发射模块后向散射信号的调制和设计

测云激光雷达具有精度高和稳定性好的特点,是检测云高的有效途径.作为激光雷达系统的一个基本组成部分,脉冲二极管激光器(PLD)需要脉冲信号触发.对激光雷达的发射部分进行了研究,其中包括后向散射信噪比的仿真、脉冲二极管激光器的选择与触发电路、用于驱动综合光学系统的波长为905 nm 的PLD 的电路.触发电路激光脉冲具有可调功率和脉冲宽度功能.用Systemview 软件仿真设计,完成了PCB 版的制作.结果表明:脉冲的任何参数即触发脉冲宽度、上升沿、抖动等均可用于实验中,并具有低成本和使用方便的优点.该发光模块在测云激光雷达中运行良好.     

新型窄脉冲半导体激光器驱动电源的研制

研制了一种新型窄脉冲半导体激光器的驱动电源,包括驱动电路和温控电路两部分。驱动电路采用高速金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作开关,为激光器提供一个重复频率高(0~50 kHz)、前沿快(2.2~4.9 ns)、脉宽窄(4.6~12.1 ns)、脉冲峰值电流大(0~72.2 A)的脉冲信号,且输出的激光脉冲波形平滑。对不同的激光器,改变电路中电源电压、电阻、电容参数,可获得不同的重复频率、前沿、脉冲宽度、脉冲峰值电流。温控电路采用高精度的比例积分微分(PID)温控,保证了激光器输出功率和中心波长的稳定。此激光器驱动电源不仅可作为一般高速、窄脉冲半导体激光器的驱动电源,也是大能量、窄脉宽的半导体激光器种子光源的理想驱动电源。     

光时域反射光纤光栅传感系统中双激光器的驱动设计

为了扩大应变测量的范围,提出了使用两个分布反馈式(DFB)激光器作为光时域反射光纤光栅(OTDR-FBG)传感系统的光源的方法,并设计了相应的纳秒脉冲驱动电路和温控电路,得到两个激光器的驱动脉冲宽度分别为3.10 ns和3.18 ns,脉冲幅值分别为4.40 V和4.08 V,温度控制电路精度达到±0.04 ℃。经测试得到的纳秒脉冲和温控精度满足OTDR-FBG传感系统的要求。     

基于FPGA技术的半导体激光器脉冲驱动电源的设计

针对半导体激光器(LD)脉冲驱动工作的需要,提出了一种新型的基于FPGA技术的LD脉冲驱动电源的设计方法.结合FPGA技术,利用日立SH系列单片机HD64F7045为控制核心,实现高稳定度的激光器脉冲驱动控制.在LD驱动模块中,引入负反馈控制技术,实现了LD的自动电流控制(ACC)和自动功率控制(APC);同时,采取了慢启动电路、短路开关和限幅保护等措施,有效地保证了LD脉冲工作的安全.该电源已经成功地应用于某脉冲光源系统.     

基于FPGA脉宽可调的窄脉冲激光器驱动电路设计

针对激光驱动电路纳秒脉冲宽度无法调节的问题,设计了一种新型的脉宽可调的窄脉冲激光驱动电路。利用FPGA和激光二极管的工作原理,设计并搭建半导体激光器驱动电路。电路采用高速MOSFET作为开关器件驱动激光二极管SPLPL90-3,并利用LTspice仿真软件分析激光驱动电路中电源电压、储能电容和阻尼电阻对驱动脉冲的影响,最终选择最佳的电路参数。当电源电压为150 V,储能电容为1 nF,阻尼电阻为2Ω时,最终输出激光二极管的电流为39.7 A,脉冲宽度6 ns,上升沿3 ns,满足了大电流纳秒脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求。     

白光激光雷达的发展与应用

飞秒激光脉冲在空气中传输时产生独特的成丝现象,伴随着波长从紫外到中红外的超连续光谱辐射。高强度的光丝能继续与物质发生强烈的非线性相互作用,诱导多光子荧光和等离子体光谱等非线性光谱辐射。白光激光雷达以飞秒激光脉冲大气传输特性为基础,能提供多种遥感探测方法。文章阐述了飞秒激光脉冲成丝机理与白光激光雷达系统结构特点,介绍了国内外主要白光激光雷达的性能特点、白光激光雷达的主要探测方法与应用情况,最后分析了白光激光雷达的发展趋势。     

基于功率晶体管窄脉冲激光驱动设计

激光的高功率、窄脉冲是提高激光引信系统精度,提高引信抗干扰能力的重要手段。为实现小体积的高频、高功率、窄脉冲激光发射,采用大功率晶体管正反馈设计出晶闸管开关应用于高频脉冲激光测距窄脉冲激光发射电路,用钳位二极管抑制激光器反向击穿。通过对RLC充放电回路、晶体管开关电路、晶闸管器件的分析,设计SCR电路,分析放电回路的三个步骤,运用pspice仿真程序对驱动电路进行了参数仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流12 A,脉宽8 ns的脉冲电流。     

一种一体化光纤声光调制器

该文采用光纤声光调制器集成化、低功耗和热仿真设计技术,设计并制作了工作波长1550nm、光脉冲上升时间16．7ns、光脉冲延时抖动1．5ns、电功耗0．72 W(脉冲)、整体尺寸59．56mm×49．48mm×14．6mm 的高性能一体化光纤声光调制器。结果表明,该调制器具有体积小及功耗低等优点,对小型化低功耗光纤激光器、 激光测风雷达及光纤分布式传感系统的研制有一定促进作用。     

基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析,并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型,经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路;采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流,有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明,半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调,上升和下降时间小于10 ns,幅度最高可达2 A,重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性,进一步提高了半导体激光器的输出指标。     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。     

Design of high-peak current and narrow pulse driver of laser diode

This paper presents a laser diode (LD) pulse driving circuit that can generate current pulses of amplitudes range from 6 to 30A, with pulse widths varying from 5 to 100 ns and frequencies varying from 500 Hz to 50 kHz. It is with monostabillity trigger used as pulse shaping component, with power metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) as fast switches and power inverter devices, with low voltage power supply that the circuit generates high-peak pulse current. As its structure is simple and easy to understoand and realize, the circuit is of great value to be used to drive pulsed semiconductor laser.     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

用于紫外激光脉冲电光开关的驱动脉冲源

利用雪崩晶体管作为高速开关器件、根据并联充电、串联放电原理设计了一种串并联相结合的MARX电路,以该电路为基础设计了一种低抖动高压脉冲驱动源,并将其应用于紫外激光脉冲的电光开关削波系统。通过同步调节器调节高压驱动脉冲和激光电光系统的时间匹配度,获得了驱动电脉冲与电光开关耦合的最佳工作状态;对匹配过程中的电光开关工作状态以及激光脉冲压缩过程进行了分析和研究,当高压驱动电脉冲幅度为2 690 V,脉宽为7.9 ns时,可以将脉宽为7.1 ns的紫外激光脉冲压缩至2.1 ns,KDP晶体的透光率达到了92.2%,电光开关的效率达到了31.7%。     

迫弹激光引信用脉冲半导体激光电源的设计与应用

设计了适应于迫弹激光近炸引信的小体积、低电压、窄脉宽、高功率的脉冲半导体激光电源.采用电容充放电的模式,选用高速大功率MOSFET管作为开关,设计了相应的高速开关控制电路.激光电源模块的重复频率高达50kHz,常规热电池供电电压条件下的输出脉冲激光峰值功率为9W,光脉冲上升沿为4.2 ns,光脉宽为10 ns,为有效提...     

采用GaN HEMT的可调窄脉冲激光器驱动电路

为实现纳秒级的输出光脉宽,使用GaN HEMT作为激光器放电回路的开关管。由于GaN HMET的栅极总电荷小,提出使用小尺寸的GaN HEMT建立驱动电路的输入级,响应控制信号,控制放电回路开关管。搭建电路驱动860 nm激光器,并进行测试。放电回路电源电压为12 V,测试结果显示,最大输出光脉宽8.8 ns对应大于8 W的峰值功率,输出最小光脉宽为4 ns。为实现更大的脉宽可调范围,设计另一款电路并测试。该电路实现输出光脉宽大于8.4 ns可调,在电源电压20 V、输入信号脉宽100 ns的条件下,输出光峰值功率可达46 W。电路尺寸分别为10 mm×6 mm和13 mm×11 mm,为实现进一步小型化,对设计的电路提出了集成方法。提出的电路结构简单、容易实现集成且成本低,为窄脉冲激光器驱动电路的设计提供了新的思路。